##

完全地球化改造后的火星的逼真图像。图片来源：戴恩巴拉德

让火星变得像地球一样原则上并非不可能，但所需的质量、热量、氧气和能量规模使其远远超出了目前的能力范围。

改造火星一直是个令人望而生畏的想法。改造整个行星的环境是一项非凡的挑战，而科学家和工程师们数十年的研究得出了一个相似的结论：火星在可预见的未来不会变得像地球一样。

美国国家航空航天局喷气推进实验室的斯拉瓦图里舍夫在《APS开放科学》上发表的一项新研究有助于解释其中的原因。

火星有遥远的里程碑

在探讨相关挑战之前，明确使火星变得宜居的道路上的主要里程碑会有所帮助。共有五个关键阶段。

第一种是如今的火星：极其寒冷，大气层非常稀薄，其表面条件需要人类依靠大量生命维持系统才能生存。

第二阶段将在大气压力至少暂时上升到水的三相点以上时达到，水的三相点约为0°C（32°F）时的6.1毫巴。在这种压力和温度下，水可以同时以固体、液体和气体的形式稳定平衡存在。

下一个里程碑是创建衬衫袖温室环境，在这种环境中，大规模农业可在地方或区域范围内开展。这可能需要依赖巨大的温室。火星实际上非常适合这种方法，因为约100毫巴的较高内部压力有助于支撑结构抵御外部低得多的压力。这种策略被称为半地球化。如果扩展到整个星球，它将有效创造一个世界屋。

随着大气压力持续增加，火星最终可能达到62.7毫巴的全球表面压力。在这个水平下，人类血液将不再在体温37°C（98.6°F）时在行星表面沸腾。这样的条件将是任何真正的地球化努力的重要要求。

最后阶段将是一个完全可呼吸的大气，包含大量的氮成分，以及在约500毫巴的总气压中约210毫巴的氧气。实现这一点还需要远高于火星当前温度的气温。

大气层需要巨大的质量

虽然对于地球改造这样宏大的项目来说，这些目标看起来可能合情合理，但当谈到每个里程碑的实际含义时，其规模确实令人望而生畏。例如，要达到仅1毫巴的气压，我们需要添加3.89×10¹⁵千克的气体。

这几乎相当于火星较小的卫星火卫二的全部质量。若要将其按比例放大以形成完整的可呼吸大气，则大约需要10¹⁸千克的物质，比如土星的不规则卫星土卫十。公平地说，太阳系中预计有数百个这种大小的天体，因此为了给八大行星中的某一颗提供大气，牺牲其中一个或许是值得的。

压力只是问题的一个方面，温度是另一个方面。我们需要将火星的平均温度提高60摄氏度，才能达到全球稳定的水融化温度。有几种方法可以实现这一点，包括向大气中注入吸收短波的纳米颗粒，以及释放大量二氧化碳。一些工程师建议添加大型反射镜，将阳光集中到这颗红色星球上，但图里舍夫博士的计算显示，这需要大约7000万平方公里的反射镜——远远超出了我们目前的工业能力。

要创造一个能呼吸且血液不会沸腾的大气，我们需要制造8.2×10¹⁷千克的氧气——最简单的方法是从水中分解氧气。这需要略多一点的水，因为水转化为氧气的过程中，部分质量会因分解出的氢气而损失。这个水量相当于火星表面每平方米有6立方米的水。

再给乐观主义者一点希望——火星表面实际上有足够的水来做到这一点——甚至能形成留存下来的海洋和湖泊。事实上，形成大气所需的全部水量仅约为火星上已知的、易获取的表面冰的20%。所以一些更极端的地球化方案，比如必须将多个含水彗星撞击到火星表面以形成海洋、湖泊和富氧大气，可能是不必要的。但这可能比其他方案更容易。

能源是真正的障碍

能量确实是这个过程的真正瓶颈。为了转化大气所需的氧气量，我们至少需要1.2×10²⁵焦耳的能量。即使分摊到1000年，这也需要380太瓦的持续功率输出——几乎是目前地球全球年度能源消耗量的20倍。

实际上，我们无法绕开所需的那部分能量——以我们当前的文明水平，生产这些能量超出了我们的能力范围。但这对我们的后代来说或许并非遥不可及，同时我们可以开始着手准备。最简单的方法是达成第二个里程碑，建立内部生活条件稳定的小型温室。任何读过金斯坦利罗宾逊《火星三部曲》的人都会熟悉这个概念，尽管他在实现愿景所需的时间和能量计算上明显有误，但这颗红色星球作为未来太空探索者的目的地仍具有巨大吸引力。如果他们决定要让火星变得像地球一样，这可能需要一段时间。

参考文献《质量、强制力与工业吞吐量约束》，SlavaG.Turyshev著，发表于APS开放科学，DOI：10.1103krb8h3v3

改编自最初发表于《今日宇宙》的一篇文章。

相关知识

火星是太阳系中离太阳第四近的行星，属于类地行星。它因表面覆盖氧化铁呈现红色，被称为红色星球。火星有稀薄大气，表面有巨大峡谷（如水手号峡谷）和太阳系最高火山奥林匹斯山，还有两颗小卫星。它是人类深空探索的重要目标，多个探测器已成功登陆，帮助人类了解其地质与是否存在过生命的痕迹。

BY: Andy Tomaswick , Universe Today

FY: AI

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处